Goos-Hanchen位移增強(qiáng)效應(yīng)及Fabry-Perot振蕩場傳感器研究.pdf

1、古斯-漢欣 (Goos-Hanchen,簡稱GH)位移指的是反射光的實(shí)際反射點(diǎn)和入射點(diǎn)(也即幾何光學(xué)反射點(diǎn))有一段距離的偏移的現(xiàn)象.這是由于入射光中不同的單色平面波分量具有不同的反射相移所造成的.研究Goos-Hanchen位移有多種方法,本文采用Artmann發(fā)展的靜態(tài)位相(stationary phase)方法和高斯光束下的數(shù)值計(jì)算方法,主要研究了導(dǎo)波共振和表面等離子波共振時GH位移增強(qiáng)效應(yīng). 在普通的兩層介質(zhì)的界面上,GH

2、位移大小為波長量級.因此對光波單次反射所產(chǎn)生的GH位移在實(shí)驗(yàn)上難以直接觀察.因此,長期以來,一方面,人們在實(shí)驗(yàn)上較多地采用微波波段進(jìn)行實(shí)驗(yàn),另一方面,很多人在理論上研究不同條件下的GH位移增強(qiáng)效應(yīng)以獲得較大的GH位移,到目前為止已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多種GH位移增強(qiáng)效應(yīng).其中,由表面等離子波共振引起的GH位移增強(qiáng)效應(yīng)早在上世紀(jì)八十年代就開始被人注意到.但直到2004年,Yin Xiaobo等人在實(shí)驗(yàn)上才首次證實(shí)了表面等離子波共振引起的GH位移增強(qiáng)

3、效應(yīng)的存在.同時他們在實(shí)驗(yàn)上還發(fā)現(xiàn)了一個在理論上以前從未有過的新現(xiàn)象:如果金屬層的厚度超過零反射率下的最佳金屬層厚度,GH位移為負(fù),反之為正,并且還發(fā)現(xiàn)金屬層的厚度越接近零反射率下的最佳厚度,GH位移就越大,反之就越小.本文則在理論上把這個結(jié)果進(jìn)行了推廣,得出了一個重要的結(jié)論:GH位移的符號取決于共振模的內(nèi)在損耗與輻射損耗.當(dāng)內(nèi)在損耗大于輻射損耗時,GH位移取負(fù)值,反之為正,并且內(nèi)在損耗與輻射損耗之差越小,GH位移的絕對值就越大.Yin

4、 Xiaobo等人實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象只是這個結(jié)論的一個特例.而且這個結(jié)論不僅適用于表面等離子波共振,還適用于導(dǎo)波共振.在泄漏波導(dǎo)上的GH位移增強(qiáng)效應(yīng)雖然在1998年被Frank Schreier等人在理論上報(bào)道過,但是,他們并不考慮材料的吸收,所得到的GH位移為正.在我們考慮了泄漏波導(dǎo)中材料的吸收以后,發(fā)現(xiàn)GH位移不僅可以為正,也還可以為負(fù). 在前面這個結(jié)論的基礎(chǔ)上,我們還發(fā)現(xiàn)在雙面金屬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上可以實(shí)現(xiàn)符號同時相反的TE、TM的G

5、H位移增強(qiáng)效應(yīng).這個GH位移由在自由空間耦合技術(shù)下激發(fā)的導(dǎo)波而產(chǎn)生.在合適的參數(shù)下,TE與TM的導(dǎo)模共振角可以基本重合,對TM波,內(nèi)在損耗小于輻射損耗,而對TE波,則恰好相反,內(nèi)在損耗大于輻射損耗.因此,TM波的GH位移為正,TE波的GH位移為負(fù). 我們另外還提出了一種新型Fabry-Perot(簡稱F-P)振蕩場傳感器.不同于傳統(tǒng)的迅衰場傳感器,在這種傳感結(jié)構(gòu)中,待測樣品位于振蕩場中.而且這種傳感器也可以獲得很窄的反射吸收峰,